Metoda szacowania nośności odrzwi obudowy stalowej łukowej w oparciu o teorię nośności granicznej

• Autorzy: Domańska D.

Warianty tytułu

EN

Method of estimating load capacity of arch support steel sets based on the limit load capacity theory

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano nową, uproszczoną metodą szacowania nośności odrzwi obudowy ŁP opartą na teorii nośności granicznej, wiążącą nośność wymienionej konstrukcji ze wzglądu na wytrzymałość kształtownika i wymaganą nośność złącz z wybranymi czynnikami technicznymi, takimi jak: jakość podłoża, rodzaj kształtownika, wielkość odrzwi, zmienność granicy plastyczności stali i sposób przekazywania obciążenia. W ramach rozpatrywanego artykułu przedstawiono: - podstawowe wzory i definicje teorii nośności granicznej (wzory 1-8), sprawdzenie możliwości jej zastosowania przy wyznaczaniu nośności odrzwi stalowych wykonanych z kształtownika typu V (wzory 9-13), założenia przyjęte do obliczeń (rozdz. 2); - dane wejściowe niezbędne do analizy nośności odrzwi w oparciu o metodą nośności granicznej (równanie krzywej granicznej dla kształtowników typu V (wzór 16), charakter rozkładu prawdowpodobieństwa i współczynnik zmienności granicy plastyczności stali stosowanej do produkcji łuków obudowy ŁP (rozdz. 3.1)); - sposób określenia zależności teoretycznych na wartość momentu zginającego i siły podłużnej w odrzwiach w stanie równowagi granicznej, przyjęty tok postępowania przy szacowaniu nośności konstrukcji w oparciu o teorią nośności granicznej oraz weryfikacją przyjętej metody obliczeń na podstawie wyników badań stanowiskowych (rozdz. 3.2); - czynniki wpływające na wartości sił wewnętrznych powstających w odrzwiach - rozdz. 3.3.2 (tzn. moduł ściśliwości podłoża, pole przekroju poprzecznego kształtownika, szerokość odrzwi w świetle kształtownika, zmienność wartości oczekiwanej granicy plastyczności stali, długość obciążonego odcinka odrzwi odniesioną do rozpiętości odrzwi); - plan niezbędnych do realizacji eksperymentów obliczeniowych (tabl. 2), warianty i przypadki obliczeń różniące się sposobem podejścia do zjawisk wyboczenia łuku i zwichrzenia profilu kształtownika oraz uwzględnieniem zmienności granicy plastyczności stali (rozdz. 3.3.2); - model obliczeniowy zastosowany przy konstruowaniu formuł wiążących nośność odrzwi i powstającą w nich siłę podłużną z wybranymi czynnikami technicznymi, sposób i wyniki wyznaczania współczynników funkcji regresji liniowej (rozdz. 3.3.3); - wybór zależności zalecanych do wykorzystania praktycznego, pozwalających na wyznaczenie nośności i sprowadzonej nośności odrzwi ze wzglądu na wytrzymałość kształtownika oraz wymaganej nośności złącz i określenie bezpiecznego zakresu ich stosowania (rozdz. 3.3.4). Wyznaczenie współczynników regresji funkcji opisujących podstawowe parametry wytrzymałościowe odrzwi obudowy łukowej odbyło się po ich zamodelowaniu w stanie usztywnionym (tzn. bez zsuwu złącz), w warunkach działania obciążenia pionowego równomiernie rozłożonego na założonej szerokości: 0,2 sw, 0,6 sw i sw (sw- szerokość odrzwi w świetle kształtownika). Ponieważ rozważając rzeczywiste warunki pracy odrzwi charakteryzujące się możliwością zsuwu łuków wzglądem siebie należałoby je traktować jako konstrukcją podatną, nośność odrzwi rozważono nie tylko pod kątem zdolności do przejęcia obciążeń zewnętrznych przez kształtownik, lecz również w aspekcie wymaganej nośności złącz. Ostatni z wymienionych parametrów oszacowano podając wartość charakterystyczną siły podłużnej powstającej na długości złącza w chwili osiągnięcia przez przekrój kształtownika stanu równowagi granicznej (wzór 32), wychodząc z warunku równości nośności złącz i profilu decydującym o pełnym wykorzystaniu podporności odrzwi podatnych. Wartości otrzymane przy zastosowaniu rozpatrywanej metody są większe od uzyskanych na podstawie cytowanych w artykule normatywnych zasad projektowania. Prowadzi to do wniosku, że uwzględnienie przy projektowaniu konstrukcji własności plastycznych materiału pozwala na jego oszczędność. Pozostałymi cechami opracowanej metody są: - możliwość szybkiego i łatwego oszacowania nośności odrzwi obudowy ŁP w zakresie najczęściej występującej w praktyce zmienności czynników na nią wpływających, - łatwość jej adaptowana w odniesieniu do odrzwi o innej geometrii, wykonanych z innego profilu lub pracujących w innych warunkach.

EN

A new simplified method for estimating load capacity of steel arch support based on the limit load capacity theory was presented in the article. In particular, the article contains: - main formulas and definitions of the limit load capacity theory (form. 1-8), verifying the possibility of using this theory for determining load capacity of steel arches made of section V (form. 9-13) and assumptions for calculations (ch. 2), - input data for the analysis of the load capacity of steel arches with regard to the limit load capacity method (limiting curve equation for sections V; kind of the probability distribution and value of variation coefficient of yield point of steel using for arches' ŁP production) (p. 3.1), - determination of the theoretical dependences of bending moment on longitudinal force in steel arches in the state of limit equilibrium, procedure of estimating the load capacity construction being accepted with regard to the limit load capacity theory and verification of the calculation method on the basis of stand tests results (p. 3.2), - factors influencing the values of the internal forces appearing in steel arches (p. 3.3.2): modulus of ground compressibility; cross-sectional area of section V; the width of steel arches clear section, the variability of the mean value of the yield point of steel, the length of the loaded steel arch segment referred to the arch span, - the calculation experiments' design (Table 2), variants and calculations cases varying in approach to arch buckling effects and section's plane surface stability in bending with regard to the variability of the yield point of steel (p. 3.3.2), - the calculation model used to create the formulas binding the load capacity of a steel arch and the longitudinal force arising in it with the selected technical factors; method and results of estimating linear regression coefficients (p. 3.3.3), - the selection of dependences for practical usage for estimating the load capacity and the reduced load capacity of steel arch with regard to the strength of the section and the required load capacity of joints and determining a safe range of their application (p. 3.3.4). Determination of the regression coefficients of the functions describing the basic strength parameters of the steel sets of the arch support was done by their modelling in the stiffened state (i.e. without the slide down of joints), in the action conditions of vertical load uniformly distributed on the width being assumed: 0,2 sw; 0,6 sw and sw (sw — width of the steel arch clear section). When taking into consideration the real working conditions of the steel arch, which are characterized by the possibility of the slide down of the arches to each other, the steel arch should be treated as a flexible structure. Therefore, the load capacity of steel arch was considered not only as the ability to carry the external loads by a section, but also as the required load capacity of joints. The load capacity of joints was determined by the characteristic value of the longitudinal force arising on the joint length at the moment of reaching the state of limit equilibrium by the section (form. 32). The values obtained with the use of the considered method are higher than the ones based upon the standard design principles cited in the article. Thus, when designing the steel arch support, taking into account the plastic properties of material makes the use of material more economical. Other features of the carried out method are: - the possibility of quick and easy estimating the load capacity of steel arch support ŁP in the range of the most common variability of the factors influenced it, - adaptation facility with respect to the steel arch sets with another geometry, made of another section and working under different conditions.

Słowa kluczowe

PL

nośność graniczna; stalowa obudowa łukowa

EN

limit load capacity; steel arch support

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 48, nr 1
• Strony: 37--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Domańska D.

• OBR BG "Budokop", ul. Powstańców 19A, 41-400 Mysłowice, Poland

Bibliografia

• [1] Baklaśov I.V., Timofeev O.V. 1979: Konstrukcji i rasćet krepej i obdclok. Nedra, Moskva.
• [2] Biegus A. 1999: Probabilistyczna analiza konstrukcji stalowych. PWN. Warszawa-Wrocław.
• [3] Bieniawski Z.T., 1984: Rock mechanics design in mining and tunncling. A.A. Balkcma, Rotterdam-Boston.
• [4] Brady B.H.G., Brown E.T., 1994: Rock mechanics for underground mining. Chapman & Hall, London-Glasgow- -Weinheim-New York-Tokyo-Melboume-Madras.
• [5] Bulyćev N.S., 1989: Mechanika podzemnych soorużenij v primerach i zadaćach. Nedra, Moskva.
• [6] Chudek M., 1964: Niektóre problemy kształtowania i obliczania podatnej obudowy metalowej wyrobisk korytarzowych. Przegląd Górniczy nr 3.
• [7] Chudek M., 1968: Obudowa wyrobisk, cz. 2. Obudowa kamienna, metalowa i mieszana. Wyd. Śląsk, Katowice.
• [8] Chudek M., Duży S.,Kleta H., i in., 2000: Zasady doboru i projektowania obudowy wyrobisk korytarzowych i ich połączeń w zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny. Katedra Geomechaniki, Budownictwa Podziemnego i Ochrony Powierzchni, Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika Śląska w Gliwicach, Gliwice-Kraków-Katowice.
• [9] Domańska D., 2001: Wyznaczenie nośności stalowej obudowy łukowej z kształtownika V w oparciu o teorię nośności granicznej, z uwzględnieniem losowej zmienności parametrów wytrzymałościowych stali. Rozprawa doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górniczy, Kraków.
• [10] Drzęźla B., Men der a Z., i in., 1999: Obudowa górnicza. Zasady projektowania i doboru obudowy wyrobisk korytarzowych w zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny. Politechnika Śląska, Instytut Eksploatacji Złóż, Gliwice.
• [11] Dżaparidze L.A., 1975: Rasćet metallićeskoj krępi górnych vyrabotok. Nedra, Moskva.
• [12] Geleskul M.N., Karetnikov V.N., 1982: Spravoćnik po krepleniju kapitalnych i podgotovitel’nych górnych vyrabotok. Nedra, Moskva.
• [13] Hock E., Kai ser P.K., Bawden W.F., 1995: Support of underground excavations in hard rock. A. A. Balkema, Rotterdam-Brookfield.
• [14] Jacobi O., 1981: Praxis der Gebirgsbeherrschung. Verlag Gliickauf GmbH, Essen.
• [15] Janas M., 1967: Nośność graniczna łuków i sklepień. Biblioteka Inżynierii i Budownictwa, Warszawa.
• [16] Karetnikov V.N., Klejmenov V.B., Brednev V.A, 1984: Avtomatizirovannyj rasćet i konstruirovanie mctallićeskich krepej podgotovitel’nych vyrabotok. Nedra, Moskva.
• [17] Karetnikov V.N., Klejmenov V.B., Nużdichin A.G., 1989: Kreplenie kapitalnych i podgotovitel’nych górnych vyrabotok. Spravoćnik. Nedra, Moskva.
• [18] Kośelev K.V., Petrenko Ju.A., Novikov A.O., 1990: Ochrana i remont górnych vyrabotok. Nedra, Moskva.
• [19] Mańczak K., 1976: Technika planowania eksperymentu. Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa.
• [20] Mateja J., 1982: Studium nad ustaleniem nośności odrzwi stalowych obudowy łukowej w wyrobiskach udostępniających nie narażonych na bezpośredni wpływ ciśnień eksploatacyjnych. Prace Naukowo-Badawcze OBR BG Budokop, Mysłowice.
• [21] Mateja J., Wypchol N., 1979: Rola wykładki w obudowie łukowej. [W:] Sympozjum Naukowe nt.: Metody zabezpieczenia korytarzowych wyrobisk górniczych. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [22] Mendcra Z., 1969: Zagadnienia stanów granicznych konstrukcji stalowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Krakowskiej nr 7, Kraków.
• [23] Mendera Z., 1984: Współczynnik jednorodności stali a metoda stanów granicznych. [W:] XIV Konferencja Naukowo-Techniczna: Konstrukcje metalowe, Gdańsk.
• [24] Pacześniowski K., 1996: Wpływ wybranych czynników mechanicznych i geometrycznych na nośność odrzwi obudowy łukowej. Praca doktorska, GIG, Katowice.
• [25] PN -B-03001 1976: Konstrukcje i podłoża budowli - Ogólne zasady obliczeń.
• [26] PN-B-03200 1990: Konstrukcje stalowe - Obliczenia statyczne i projektowanie.
• [27] PN-G-15000/02 1993: Obudowa chodników odrzwiami podatnymi z kształtowników korytkowych - Odrzwia łukowe podatne ŁP z kształtowników typu V, typoszereg A - Wymiary.
• [28] PN-G-15000/05 1992: Obudowa chodników odrzwiami podatnymi z kształtowników korytkowych - Odrzwia łukowe otwarte - Badania stanowiskowe.
• [29] PN-H-93441-1 1994: Kształtowniki stalowe walcowane na gorąco dla górnictwa - Ogólne wymagania i badania.
• [30] Rułka K., Mateja J., i in., 2001: Uproszczone zasady doboru obudowy odrzwiowej wyrobisk korytarzowych w zakładach wydobywających węgiel kamienny. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• [31] Rułka K., Wypchol N., Mateja J., Gruszka R., 1983: Zasady projektowania, obliczania i doboru obudów dla długotrwałych wyrobisk korytarzowych i komorowych. Prace Naukowo-Badawcze OBR BG Budokop, Mysłowice.
• [32] Sawczuk A., 1964: Nośność graniczna ram płaskich. Biblioteka Inżynierii i Budownictwa, Warszawa.
• [33] Sawczuk A., 1982: Wprowadzenie do mechaniki konstrukcji plastycznych. PWN, Warszawa.
• [34] Singh B., Goel R.K., 1999: Rock mass classification. A practical approach in civil engineering. Elsevier, Amsterdam-Lausanne-New York-Oxford-Shannon-Singapore-Tokyo.
• [35] Spruth F., 1959: Streckenausbau in Stahl. Ein Handbuch fur die Praxis. Verlag Gluckauf GmbH, Essen.
• [36] Szuścik W., 1962: Stan graniczny profilów stalowej obudowy górniczej. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydz. Mechaniczny, 16.IV.1962 (praca niepubl.).
• [37] Whittaker B.N., Frith R.C., 1990: Tunnelling. Design, stability and construction. The Institution of Mining and Metallurgy, London.
• [38] Zaslavskij Ju.Z., Mostkov V.M., 1979: Kreplenie podzemnych vyrabotok. Nedra, Moskva.
• [39] Zieliński R., 1972: Tablice statystyczne. PWN, Warszawa.